1、第二章第二章放大電路的基本原理放大電路的基本原理2.1放大的概念放大的概念2.2單管共發射極放大電路單管共發射極放大電路2.3放大電路的主要技術指標放大電路的主要技術指標2.4放大電路的基本分析方法放大電路的基本分析方法2.5工作點的穩定問題工作點的穩定問題2.6放大電路的三種基本組態放大電路的三種基本組態2.7場效應管放大電路場效應管放大電路2.8多級放大電路多級放大電路2.1放大的概念放大的概念本質：本質：實現能量的控制。實現能量的控制。在放大電路中提供一個能源，由能量較小的輸入在放大電路中提供一個能源，由能量較小的輸入信號控制這個能源，使之輸出較大的能量，然后推動信號控制這個能源，使之輸

2、出較大的能量，然后推動負載。負載。小能量對大能量的控制作用稱為小能量對大能量的控制作用稱為放大作用放大作用。放大的對象是放大的對象是變化量。變化量。元件：元件：雙極型三極管和場效應管。雙極型三極管和場效應管。2.2放大電路的主要技術指標放大電路的主要技術指標放大電路技術指標測試示意圖放大電路技術指標測試示意圖1. 放大倍數放大倍數) )( (uA 電電壓壓放放大大倍倍數數ioUUAu ) )( (iA 電流放大倍數電流放大倍數ioIIAi 2. 最大輸出幅度最大輸出幅度在輸出波形沒有明顯失真情況下放大電路能夠提供在輸出波形沒有明顯失真情況下放大電路能夠提供給負載的最大輸出電壓給負載的最大輸出電

3、壓( (或最大輸出電流或最大輸出電流) )可用峰可用峰-峰值表峰值表示，或有效值表示示，或有效值表示( (Uom 、Iom) )。3. 非線性失真系數非線性失真系數 D4. 輸入電阻輸入電阻 Ri所有諧波總量與基波成分之比，即所有諧波總量與基波成分之比，即12322UUUD 從放大電路輸入端看進去的等從放大電路輸入端看進去的等效電阻。效電阻。iiiIUR 5. 輸出電阻輸出電阻 Ro從放大電路輸出端看進去的等效電阻。從放大電路輸出端看進去的等效電阻。測量測量 Ro： LS0oooRUIUR輸入端正弦電壓輸入端正弦電壓 ，分別測量空載和輸出端接負載，分別測量空載和輸出端接負載 RL 的輸出電壓的

4、輸出電壓 、 。oU iUoULooo)1(RUUR 輸出電阻愈小，帶載能力愈強。輸出電阻愈小，帶載能力愈強。LoLooRRRUU Aum6. 通頻帶通頻帶BWm21uA7. 最大輸出功率與效率最大輸出功率與效率 輸出不產生明顯失真的最大輸出功率。用符號輸出不產生明顯失真的最大輸出功率。用符號 Pom表示。表示。VomPP ：效率：效率PV：直流電源消耗的功率：直流電源消耗的功率fL fHfL：下限頻率：下限頻率fH：上限頻率：上限頻率圖圖 2.2.22.3單管共發射極放大電路單管共發射極放大電路2.3.1單管共發射極放大電路的組成單管共發射極放大電路的組成單管共射放大電路的原理電路單管共射放

5、大電路的原理電路VT：NPN 型三極管，為放大元件；型三極管，為放大元件；VCC：為輸出信號提供能量；為輸出信號提供能量；RC：當當 iC 通過通過 Rc，將，將電流的變化轉化為集電極電流的變化轉化為集電極電壓的變化，傳送到電路電壓的變化，傳送到電路的輸出端；的輸出端；VBB 、Rb：為發射結提為發射結提供正向偏置電壓，提供靜供正向偏置電壓，提供靜態基極電流態基極電流( (靜態基流靜態基流) )。單管共射放大電路當單管共射放大電路當輸入正弦波輸入正弦波 uI 時，放大電時，放大電路中相應的路中相應的 uBE、iB、iC、uCE、uO 波形。波形。2. 組成放大電路的原則：組成放大電路的原則：（

6、1） 外加直流電源外加直流電源的極性必須使發射結正的極性必須使發射結正偏，集電結反偏。則有：偏，集電結反偏。則有：BCii （2） 輸入回路的接法應使輸入電壓輸入回路的接法應使輸入電壓 u 能夠傳送能夠傳送到三極管的基極回路，使基極電流產生相應的變化量到三極管的基極回路，使基極電流產生相應的變化量 iB。（3） 輸出回路的接法應使變化量輸出回路的接法應使變化量 iC 能夠轉化為變能夠轉化為變化量化量 uCE，并傳送到放大電路的輸出端。，并傳送到放大電路的輸出端。3. 原理電路的缺點：原理電路的缺點：（1） 雙電源供電；雙電源供電； （2） uI、uO 不共地。不共地。4. 單管共射放大電路單管

7、共射放大電路單管共射放大電路單管共射放大電路C1 、C2 ：為隔直電容或耦合電容；為隔直電容或耦合電容； RL：為負載電阻。為負載電阻。該電路也稱該電路也稱阻容耦合阻容耦合單管共射放大電路。單管共射放大電路。交流通路交流通路2.4放大電路的基本分析方法放大電路的基本分析方法基本分析方法兩種基本分析方法兩種圖解法圖解法微變等效電路法微變等效電路法2.4.1直流通路與交流通路直流通路與交流通路直流通路直流通路2.4.2直流靜態工作點的近似計算直流靜態工作點的近似計算bceIBQICQ UCEQbBEQCCBQRUVI 硅管硅管 UBEQ = (0.6 0.8) V鍺管鍺管 UBEQ = (0.1

8、0.2) VICQ IBQUCEQ = VCC ICQ RC【例例】圖示單管共射放大電路中，圖示單管共射放大電路中，VCC = 12 V，Rc = 3 k ，Rb = 280 k ，NPN 硅管的硅管的 = 50，試估算靜，試估算靜態工作點。態工作點。解：解：設設 UBEQ = 0.7 VA 40mA )2807.012(bBEQCCBQ RUVIICQ IBQ = (50 0.04) mA = 2 mAUCEQ = VCC ICQ Rc = (12 2 3)V = 6 V#1 2.4.3圖解法圖解法在三極管的輸入、輸出特性曲線上直接用作圖的方在三極管的輸入、輸出特性曲線上直接用作圖的方法求解

9、放大電路的工作情況。法求解放大電路的工作情況。1. 圖解的基本方法圖解的基本方法(1) (1) 圖解分析靜態圖解分析靜態 先用估算的方法計算輸入回路先用估算的方法計算輸入回路 IBQ、 UBEQ。 用圖解法確定輸出回路靜態值用圖解法確定輸出回路靜態值方法：方法：根據根據 uCE = VCC iCRc 式確定兩個特殊點式確定兩個特殊點cCCCCECCCEC 0 0 RViuVui 時，時，當當時，時，當當bceIBQICQ UCEQ直流通路直流通路三極管的直流輸出特性三極管的直流輸出特性CCCCCECCCEC0 0 RViuVui ， uCE = VCC iCRc 再估算算輸入回路再估算算輸入回

10、路 IBQ直流負載線直流負載線Q UCEQ ICEQ【例例】圖示單管共射放大電路及特性曲線中，已知圖示單管共射放大電路及特性曲線中，已知Rb=280k ，Rc= 3 k ，集電極直流電源，集電極直流電源 VCC = 12 V，試用圖解法確定靜態工作點。，試用圖解法確定靜態工作點。0iB = 0 A20 A40 A60 A80 A134224681012MQ靜態工作點靜態工作點uCE /ViC /mA根據根據 UCE = VCC ICE RciC = 0，uCE = 12 V ； uCE = 0，iC = 4 mAIBQ = 40 A ，ICQ = 2 mA，UCEQ = 6 V.再估算算輸入回

11、路再估算算輸入回路 IBQ：120.740280BEQBQbVCCUIAR【例例】圖示單管共射放大電路及特性曲線中，已知圖示單管共射放大電路及特性曲線中，已知 Rb = 280 k ，Rc = 3 k ，集電極直流電源集電極直流電源 VCC = 12 V，試用圖解法確定靜態工作點。，試用圖解法確定靜態工作點。0iB = 0 A20 A40 A60 A80 A134224681012MQuCE /ViC /mA先做直流負載線，根據先做直流負載線，根據 UCEQ = VCC ICQ RciC = 0，uCE = 12 V ；uCE = 0，iC = 4 mA .再估算再估算 IBQA 40mA28

12、07 . 012bBEQCCBQRUVI( (二二) ) 圖解分析動態圖解分析動態交流負載線交流負載線OIBiC / mAuCE /VQ1、交流通路、交流通路2、交流負載線、交流負載線交流負載線斜率為：交流負載線斜率為：LCLL/ 1RRRR ，其中，其中最大上擺幅最大上擺幅最大下擺幅最大下擺幅3、放大器的最大不失真擺幅為：、放大器的最大不失真擺幅為：min(最大下擺幅最大下擺幅,最大上擺幅最大上擺幅)4、電壓放大倍數、電壓放大倍數BECEIOuuuuAu動態工作情況圖解分析動態工作情況圖解分析0.680.72 uBE iBQ0.76040200uBE/ViB / At0uBE/V0tiBUB

13、EQ交流負載線交流負載線直流負載線直流負載線4.57.5 uCE912t0ICQiC / mA0IB = 4 0 A2060804Q260uCE/ViC / mA0tuCE/VUCEQ iC單管共射放大電路當單管共射放大電路當輸入正弦波輸入正弦波 uI 時，放大電時，放大電路中相應的路中相應的 uBE、iB、iC、uCE、uO 波形。波形。 二、圖解法的應用二、圖解法的應用-用圖解法分析非線性失真用圖解法分析非線性失真1. 靜態工作點過低，靜態工作點過低，引起引起 iB、iC、uCE 的的波形失真波形失真uiOtuBE/VOQuBE/ViB / AibtOiB / AIBQiCtOICQ輸出輸

14、出 uo 波形。波形。 截止失真截止失真OIB = 0QtOO NPN 管管 uo波形波形tiCuCE/VuCE/ViC / mAuo = uceib( (不失真不失真) )ICQUCEQ2. Q 點過高，引起點過高，引起 iC、uCE的波形失真的波形失真飽和失真飽和失真(二二)用圖解法估算最大輸出幅度用圖解法估算最大輸出幅度交流負載線交流負載線OIBQiC / mAuCE /VQ最大上擺幅最大上擺幅最大下擺幅最大下擺幅放大器的最大不失真擺幅為：放大器的最大不失真擺幅為：min(最大下擺幅最大下擺幅,最大上擺幅最大上擺幅)ICQ( (二二) )用圖解法估算最大輸出幅度用圖解法估算最大輸出幅度O

15、iB = 0QuCE/ViC / mAACBDE交流負載線交流負載線 輸出波形沒有輸出波形沒有明顯失真時能夠輸明顯失真時能夠輸出最大電壓。即輸出最大電壓。即輸出特性的出特性的 A、B 所所限定的范圍。限定的范圍。22omDECDU Q 盡量設在線段盡量設在線段 AB 的中點。則的中點。則 AQ = QB，CD = DE( (三三) )用圖解法分析電路參數對靜態工作點的影響用圖解法分析電路參數對靜態工作點的影響1. 改變改變Rb，保持，保持VCC，Rc ， 不變；不變；OIBiCuCE Q1Rb 增大，增大，Rb 減小，減小，Q 點下移；點下移；Q 點上移；點上移；Q2OIBiCuCE Q1Q3

16、2. 改變改變 VCC，保持，保持 Rb，Rc ， 不變；不變； 升高升高 VCC，直流負載線平，直流負載線平行右移，動態工作范圍增大，行右移，動態工作范圍增大，但管子的動態功耗也增大。但管子的動態功耗也增大。Q23. 改變改變 Rc，保持，保持 Rb，VCC ， 不變；不變；4. 改變改變 ，保持保持 Rb，Rc ，VCC 不變；不變；增大增大 Rc ，直流負載，直流負載線斜率改變，則線斜率改變，則 Q 點向點向飽和區移近。飽和區移近。OIBiCuCE Q1Q2OIBiCuCE Q1Q2增大增大 ，IC Q 增大，增大，UCEQ 減小，則減小，則 Q 點移近飽點移近飽和區。和區。圖解法小結圖

17、解法小結1. 能夠形象地顯示靜態工作點的位置與非線性失真的關系；能夠形象地顯示靜態工作點的位置與非線性失真的關系；2. 方便估算最大輸出幅值的數值；方便估算最大輸出幅值的數值；3. 可直觀表示電路參數對靜態工作點的影響；可直觀表示電路參數對靜態工作點的影響；4. 有利于對靜態工作點有利于對靜態工作點 Q 的檢測等。的檢測等。2.4.4微變等效電路法微變等效電路法 晶體管在小信號晶體管在小信號( (微變量微變量) )情況下工作時，可情況下工作時，可以在靜態工作點附近的小范圍內以在靜態工作點附近的小范圍內用直線段近似地用直線段近似地代替三極管的特性曲線代替三極管的特性曲線，三極管就可以，三極管就可

18、以等效為一等效為一個線性元件個線性元件。這樣就可以將非線性元件晶體管所。這樣就可以將非線性元件晶體管所組成的放大電路等效為一個線性電路。組成的放大電路等效為一個線性電路。微變等效條件微變等效條件研究的對象僅僅是研究的對象僅僅是變化量變化量信號的信號的變化范圍很小變化范圍很小z晶體管極間電壓、電流之間的關系體現為它的輸入特性和輸出特性。可以寫成：晶體管極間電壓、電流之間的關系體現為它的輸入特性和輸出特性。可以寫成：C2BE1,BCEBCEuffuiiiuBEBEBEBCEBCCCBCEBCECEiidiuududiduiudiduiuBEieBreCECeBoeCEfihuhihuhuiCEBC

19、EBBEBEiereBCECCeoeBCEuifuiuuhhiuiihhiu常數常數常數常數在小信號條件下，各增量間滿足線性關系。因此，可用有限的信號增量來代替在小信號條件下，各增量間滿足線性關系。因此，可用有限的信號增量來代替無窮小增量，用增量比來代替偏導數。于是有無窮小增量，用增量比來代替偏導數。于是有電路中輸入為正弦信號，增電路中輸入為正弦信號，增量用交流正弦復數量代換。量用交流正弦復數量代換。 beie brecece boecefIh IUUh Ih Uh 晶體管的h參數微變等效電路b hie1/hoe cee+_Ichfe IbUce+_UbeIbhreUceBEieBreCECe

20、BoeCEfihuhihuhuiCEBCEBBEBEiereBCECCeoeBCEuifuiuuhhiuiihhiu常數常數常數常數 hie稱為輸出端交流短路時的輸入電阻，單位為歐姆稱為輸出端交流短路時的輸入電阻，單位為歐姆()。它表示基。它表示基-射極間信射極間信號電壓對基極信號電流的控制作用。通常用號電壓對基極信號電流的控制作用。通常用rbe來表示來表示hie。 hre稱為輸入端交流開路時的反向電壓傳輸比。晶體管的輸入特性曲線隨稱為輸入端交流開路時的反向電壓傳輸比。晶體管的輸入特性曲線隨uCE不不同而稍有偏移，說明了晶體管基極電流同而稍有偏移，說明了晶體管基極電流iB的大小不僅受的大小不僅

21、受uBE變化的影響，還要受變化的影響，還要受uCE變化的影響。變化的影響。hre這個參數表示了輸出電壓這個參數表示了輸出電壓uCE對輸入回路的影響，它是個無量對輸入回路的影響，它是個無量綱的比例系數。因為通常綱的比例系數。因為通常hre很小，所以估算的時候一般認為很小，所以估算的時候一般認為hre0 BEieBreCECeBoeCEfihuhihuhuiCEBCEBBEBEiereBCECCeoeBCEuifuiuuhhiuiihhiu常數常數常數常數 hfe稱為輸出端交流短路時的電流放大系數，或正向電流傳輸比，也就是交流稱為輸出端交流短路時的電流放大系數，或正向電流傳輸比，也就是交流，是一個

22、無量綱的系數。它表示晶體管的電流放大能力。是一個無量綱的系數。它表示晶體管的電流放大能力。 hoe稱為輸入端交流開路時的輸出電導。晶體管實際的輸出特性不是一組水平稱為輸入端交流開路時的輸出電導。晶體管實際的輸出特性不是一組水平線而是略向上傾斜的，這說明線而是略向上傾斜的，這說明iC電流不但受電流不但受iB的控制而且還要受的控制而且還要受uCE變化的影響。變化的影響。當當uCE增大時，增大時，iC也稍有增加，因此也稍有增加，因此hoe表示在表示在iB=IBQ條件下，條件下，uCE對對iC的影響程度。的影響程度。通常用輸出電導的倒數通常用輸出電導的倒數l/hoe來表示這個參數，記為來表示這個參數，

23、記為rce，稱為晶體管集，稱為晶體管集-射極交流輸射極交流輸出電阻。顯然出電阻。顯然rce=1/hoe。 簡化簡化h參數微變等效電路參數微變等效電路 c三個三個h參數的等效電路參數的等效電路beerberce+_+_IbIcUbeUceIb常數常數 CEBBEbeUiur 在小信號的條件下，在小信號的條件下，rbe是一常數。晶體管的是一常數。晶體管的輸入電路可用輸入電路可用 rbe 等效代替。等效代替。 iB uBEQOiB uBE rbe 的近似估算公式的近似估算公式c beiBiCiEbb rbe rer e b rbb ：基區體電阻。基區體電阻。re b ：基射之間結電阻。基射之間結電阻

24、。 ：發射區體電阻，一般只有幾歐姆，可以忽略：發射區體電阻，一般只有幾歐姆，可以忽略ere bEQTUrI BEbebbBEQd(1)dTuUrriI低頻、小功率管低頻、小功率管 rbb 約為約為 300 。2. 輸出電路輸出電路假設在假設在 Q 點附近特性曲線近似是水平的點附近特性曲線近似是水平的( ( iC 與與 uCE無無關關) )，數量關系上，數量關系上， iC 比比 iB 大大 倍；倍； iB iB從三極管輸出端看，從三極管輸出端看，可以用可以用 iB 恒流源代恒流源代替三極管；替三極管；該恒流源為受控源；該恒流源為受控源；為為 iB 對對 iC 的控制。的控制。uCE QiC O在

25、這種假設下，即認為在這種假設下，即認為rce（ hoe0）。）。三極管的簡化參數等效電路三極管的簡化參數等效電路注意：注意：這里忽略了這里忽略了 uCE 對對 iC與輸出特性的影響，即認為與輸出特性的影響，即認為rce（ hoe0）。）。三極管的簡化三極管的簡化 h 參數等效電路參數等效電路cbe + uBE + uCE iC iBebcrbe iB+ uBE + uCE iC iB4. 電壓放大倍數電壓放大倍數 Au；輸入電阻輸入電阻 Ri、輸出電阻、輸出電阻 ROC1RcRb+VCCC2RL+VT+ iUOUbebirIU 而而LbLco RIRIUio UUAu beLio rRUUAu

26、 所以所以)/(LcLRRR Ri = rbe / Rb ，Ro = RcoUrbe ebcRcRLRbbIcIbI + + iU單管共射放大電路的等效電路單管共射放大電路的等效電路電流放大倍數與電壓放大倍數之間關系電流放大倍數與電壓放大倍數之間關系討論討論1. 當當 IEQ 一定時，一定時， 愈大則愈大則 rbe 也愈大，選用也愈大，選用 值較值較大的三極管其大的三極管其 Au 并不能按比例地提高；并不能按比例地提高；EQbeL26)1(300beIrrRAu 因：因：2. 當當 值一定時，值一定時，IEQ 愈大則愈大則 rbe 愈小，可以得到較大愈小，可以得到較大的的 Au ，這種方法比較

27、有效。，這種方法比較有效。 ( (三三) ) 等效電路法的步驟等效電路法的步驟( (歸納歸納) )1. 先利用圖解法或近似估算法確定放大電路的靜態工作點先利用圖解法或近似估算法確定放大電路的靜態工作點 Q 。2. 求出靜態工作點處的微變等效電路參數求出靜態工作點處的微變等效電路參數rbe 。3. 先畫出放大電路的交流通路，然后將三極管用微變等效電先畫出放大電路的交流通路，然后將三極管用微變等效電路路 代替，列出電路方程并求解。代替，列出電路方程并求解。二、二、 微變等效電路法的應用微變等效電路法的應用uA . 1 計算電壓放大倍數計算電壓放大倍數例：接有發射極電阻的單管放大電路，計算電壓放例：

28、接有發射極電阻的單管放大電路，計算電壓放大倍數和輸入、輸出電阻。大倍數和輸入、輸出電阻。C1RcRb+VCCC2RL+VT+ iUOURerbe bcRcRLRboUbIcIbI + ReeIe+ iU接有發射極電阻的放大電路接有發射極電阻的放大電路rbe bcRcRLRboUbIcIbI + ReeIe+ iU根據微變等效電路列方程根據微變等效電路列方程eebebiRIrIU be)1( II 其中其中LbLCO RIRIU 而而ebeLiO)1(RrRUUAu eLRRAu 引入發射極電阻引入發射極電阻后，后， 降低了。降低了。uA若滿足若滿足(1 + ) Re rbe 與三極管的參數與三

29、極管的參數 、rbe 無關。無關。uA2. 放大電路的輸入電阻放大電路的輸入電阻 bebeiii/)1(RRrIUR 引 入引 入 Re 后，輸入電阻后，輸入電阻增大了。增大了。3. 放大電路的輸出電阻放大電路的輸出電阻coRR rbe ebcRcRLRboUbIcIbI + + ReeIcIrbe bcRcRbbIbI ReeIe將放大電路的輸入將放大電路的輸入端短路，負載電阻端短路，負載電阻 RL 開開路路 ，忽略，忽略 c 、e 之間的之間的內電阻內電阻 rce 。RLiU討論討論引入引入 Re 后對輸出電阻的影響。后對輸出電阻的影響。cIrbe ebcRcRbbIbI ReeIrce

30、oU+_OIbceeOCCCOO IrUUIIRUI 其中其中beebi0 rUIU ，因為因為ebececeeCbececeOebececeObeceeceOC)1()1()1(RrrrURIrrrUUrrrUrUrUrUIOe beee/ rRR 式中式中求輸出電阻的等效電路求輸出電阻的等效電路將將 代入代入 式，放大電路輸出電阻為式，放大電路輸出電阻為C I ccooIRUI ebecececooo)1(/RrrrRIUR 上式中，通常上式中，通常 ，故可簡化為，故可簡化為1becerr )(/ebecececoRrrrRR 如果如果 Re = 0 ，但考慮，但考慮 rce 的作用，則的

31、作用，則ceco/rRR 顯然，接入顯然，接入 Re 后，三極管集電極至公共端之間的后，三極管集電極至公共端之間的等效電阻大大提高了。等效電阻大大提高了。2.5工作點的穩定問題工作點的穩定問題2.5.1溫度對靜態工作點的影響溫度對靜態工作點的影響 三極管是一種對溫度十分敏感的元件。溫度變化對管三極管是一種對溫度十分敏感的元件。溫度變化對管子參數的影響主要表現有：子參數的影響主要表現有：1. UBE 改變。改變。UBE 的溫度系數約為的溫度系數約為 2 mV/ C，即溫度每升高，即溫度每升高 1 C，UBE 約下降約下降 2 mV 。2. 改變。改變。溫度每升高溫度每升高 1 C， 值約增加值約

32、增加 0.5% 1 %， 溫度系溫度系 數分散性較大。數分散性較大。3. ICBO 改變。改變。溫度每升高溫度每升高 10 C ，ICBQ 大致將增加一倍，說明大致將增加一倍，說明BQ 將隨溫度按指數規律上升。將隨溫度按指數規律上升。 ICBQ將導致將導致IC上升上升溫度升高將導致溫度升高將導致 IC 增大，增大，Q 上移。波形容易失真。上移。波形容易失真。iCuCEOiBQCCCRVVCCQ T = 20 C T = 50 C溫度對溫度對 Q 點和輸出波形的影響點和輸出波形的影響靜態工作點穩定電路靜態工作點穩定電路一、電路組成一、電路組成分壓式偏置電路分壓式偏置電路C1RcRb2+VCCC2

33、RL+ +CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB分壓式工作點穩定電路分壓式工作點穩定電路電流負反饋式工作點穩定電路電流負反饋式工作點穩定電路T ICQ IEQ UEQ UBEQ ( (= UBQ UEQ) ) IBQ ICQ 說明：說明：1. Re 愈大，同樣的愈大，同樣的 IEQ 產生的產生的 UEQ 愈大，則溫度穩定愈大，則溫度穩定性愈好。但性愈好。但 Re 增大，增大，UEQ 增大，要保持輸出量不變，必須增增大，要保持輸出量不變，必須增大大 VCC。2. 接入接入 Re ，電壓放大倍數將大大降低。在，電壓放大倍數將大大降低。在 Re 兩端并聯大兩端并聯大電容電容 Ce ，交流電壓

34、降可以忽略，則，交流電壓降可以忽略，則 Au 基本無影響。基本無影響。 Ce 稱旁稱旁路電容路電容3. 要保證要保證 UBQ 基本穩定，基本穩定，IR IBQ，則需要，則需要 Rb1、Rb2 小小一些，但這會使電阻消耗功率增大，且電路的輸入電阻降低。一些，但這會使電阻消耗功率增大，且電路的輸入電阻降低。實際選用實際選用 Rb1、Rb2 值，取值，取 IR = (5 10)IBQ，UBQ = (5 10)UBEQ。二、靜態與動態分析二、靜態與動態分析靜態分析靜態分析C1RcRb2+VCCC2RL+ +CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB由于由于 IR IBQ， 可得可得( (估算估算)

35、 )CCb2b1b1BQVRRRU eBEQBQeEQEQCQ RUURUII 則則)(ecCQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVU 靜態基極電流靜態基極電流 CQBQII 動態分析動態分析C1RcRb2+VCCC2RL+ +CeuoRb1ReiBiCiEiRuirbe ebcRcRLoUbIcIiUbI + + Rb2Rb1RcRb2+VCCRL+ uiuoRb1Re beLrRAu LcL/ RRR cob2b1bei/RRRRrR 放大電路的三種基本組態放大電路的三種基本組態三種基本接法三種基本接法共射組態共射組態共集組態共集組態共基組態共基組態共集電極放大電路共集電極放大電路

36、C1Rb+VCCC2RL+Re+RS+sUoUiUoUsU +_ _+rbeSR eR iIbIeIoIbeccIbI ( (b) )等效電路等效電路為射極輸出器為射極輸出器共集電極放大電路共集電極放大電路( (a) )電路圖電路圖一、靜態工作點一、靜態工作點C1Rb+VCCC2RL+Re+RS+SUOU由基極回路求得靜態基極電流由基極回路求得靜態基極電流ebBEQCCBQ)1(RRUVI BQCQII 則則eCQCCeEQCCCEQRIVRIVU ( (a) )電路圖電路圖共集電極放大電路共集電極放大電路二、電流放大倍數二、電流放大倍數biII eoII )1(beioi IIIIA所以所以

37、三、電壓放大倍數三、電壓放大倍數ebeeo)1(RIRIU ebbebeebebi)1(RIrIRIrIU ebeeio)1()1(RrRUUAu Lee/RRR 結論：電壓放大倍數恒小于結論：電壓放大倍數恒小于 1，而接近，而接近 1，且輸出電，且輸出電壓與輸入電壓同相，又稱壓與輸入電壓同相，又稱射極跟隨器。射極跟隨器。iUOUSU +_+rbeSR eR iIbIeIoIbeccIbI ( (b) )等效電路等效電路四、輸入電阻四、輸入電阻eebebiRIrIU ebeiii)1(RrIUR iUOUSU +_+rbeSR eR iIbIeIoIbeccIbI 輸入電阻較大。輸入電阻較大。

38、Ri五、輸出電阻五、輸出電阻OU+_rbeSR bIeIoIbeccIbI bsssbebo/ )( RRRRrIU 式中式中 1)1(sbeooobeoRrIURIII所以所以而而 輸出電阻低，故帶載能力比較強。輸出電阻低，故帶載能力比較強。Ro圖圖 2.6.2求射極輸出器求射極輸出器 Ro 的等效電路的等效電路共基極放大電路共基極放大電路共基極放大電路共基極放大電路( (a) )原理電路原理電路VEE 保證發射結正偏；保證發射結正偏；VCC 保證集電結反偏；三極管保證集電結反偏；三極管工作在放大區。工作在放大區。( (b) )實際電路實際電路實際電路采用一個電實際電路采用一個電源源 VCC

39、 ，用，用 Rb1、Rb2 分分壓提供基極正偏電壓。壓提供基極正偏電壓。C1C2+_+_OUiUReVEEVCCRcRLVTC1C2OUVCCRb2Rb1+_ReCbRLiURc一、靜態工作點一、靜態工作點( (IBQ , ICQ , UCEQ) )( (b) )實際電路實際電路C1C2OUVCCRb2Rb1+_ReCbRLiURcCQBEQCCb2b1b1eeBEQBQEQ)(1IUVRRRRRUUI 1EQBQII)(ecCQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVU 二、電流放大倍數二、電流放大倍數微變等效電路微變等效電路由圖可得：由圖可得：coei,IIII 所以所以 ecioII

40、IIAi由于由于 小于小于 1 而近似等于而近似等于 1 ，所以共基極放電電路，所以共基極放電電路沒有電流放大作用。沒有電流放大作用。+_+_OUiURerbeLR iIeICIOIbIbI bec圖圖 2.6.4共基極放大電路的等效電路共基極放大電路的等效電路三、電壓放大倍數三、電壓放大倍數+_+_OUiURerbeLR iIeICIOIbIbI bec圖圖 2.6.4由微變等效電路可得由微變等效電路可得beLioLbobebi rRUUARIUrIUu 所以所以共基極放大電路沒有電流放大作用，但是共基極放大電路沒有電流放大作用，但是具有電壓放具有電壓放大作用大作用。電壓放大倍數與共射電路相

41、等，但沒有負號，說。電壓放大倍數與共射電路相等，但沒有負號，說明該電路明該電路輸入、輸出信號同相位。輸入、輸出信號同相位。四、輸入電阻四、輸入電阻暫不考慮電阻暫不考慮電阻 Re 的作用的作用 1)1(bebbebiiirIrIIUR五、輸出電阻五、輸出電阻暫不考慮電阻暫不考慮電阻 Re 的作用的作用 Ro rcb . 已知共射輸出電阻已知共射輸出電阻 rce ，而，而 rcb 比比 rce大大 得多，可認為得多，可認為rcb (1 + )rce如果考慮集電極負載電阻，則共基極放大電路的輸如果考慮集電極負載電阻，則共基極放大電路的輸出電阻為出電阻為Ro = Rc / rcb Rc三種基本組態的比

42、較三種基本組態的比較大大( (數值同共射數值同共射電路，但同相電路，但同相) )小小( (小于、近于小于、近于 1 ) )大大( (十幾十幾 一幾百一幾百) ) 小小 大大( (幾十幾十 一百以上一百以上) ) 大大( (幾十幾十 一百以上一百以上) )電電路路組態組態性能性能共共 射射 組組 態態共共 集集 組組 態態共共 基基 組組 態態C1C2OUVCCRb2Rb1+_ReCbRLiUC1Rb+VCCC2RL+Re+iUOUC1Rb+VCCC2RL+iUOURciAuA )1( beLrR ebee)1()1(RrR beLrR 三種基本組態的比較三種基本組態的比較 頻率頻率響應響應大大

43、( (幾百千歐幾百千歐 幾兆歐幾兆歐) )大大( (幾歐幾歐 幾十歐幾十歐) )中中( (幾十千歐幾十千歐幾百千歐幾百千歐) )rce小小( (幾歐幾歐 幾十歐幾十歐) )小小( (幾十千歐以上幾十千歐以上) )中中(幾百歐幾百歐幾千歐幾千歐) rbe組態組態性能性能共共 射射 組組 態態共共 集集 組組 態態共共 基基 組組 態態iRoR 1sbeRrce)1(r 1berebe)1(Rr 差差較好較好好好場效應管放大電路場效應管放大電路場效應管的特點場效應管的特點1. 場效應管是電壓控制元件；場效應管是電壓控制元件；2. 柵極幾乎不取用電流，輸入電阻非常高；柵極幾乎不取用電流，輸入電阻非常

44、高；3. 噪聲小，受外界溫度及輻射影響小；噪聲小，受外界溫度及輻射影響小；4. 制造工藝簡單，有利于大規模集成；制造工藝簡單，有利于大規模集成；5. 缺點是跨導較小，電壓放大倍數一般比三極管低。缺點是跨導較小，電壓放大倍數一般比三極管低。共源極放大電路共源極放大電路共源極放大電路原理電路共源極放大電路原理電路VDD+uO iDVT+ uIVGGRGSDGRD與雙極型三極管對應關系與雙極型三極管對應關系b G , e S , c D 為了使場效應管工為了使場效應管工作在恒流區實現放大作作在恒流區實現放大作用，應滿足：用，應滿足：TGSDSTGS UuuUu 圖示電路為圖示電路為 N 溝道增強型溝

45、道增強型 MOS 場效應管場效應管組成的放大電路。組成的放大電路。( (UT：開啟電壓：開啟電壓) )一、靜態分析一、靜態分析VDD+uO iDVT+ uIVGGRGSDGRD共源極放大電路原理電路共源極放大電路原理電路兩種方法兩種方法近似估算法近似估算法圖解法圖解法 ( (一一) ) 近似估算法近似估算法MOS 管柵極電流管柵極電流為零，當為零，當 uI = 0 時時UGSQ = VGG而而 iD 與與 uGS 之間近似滿足之間近似滿足2TGSDOD)1( UuIi( (當當 uGS UT) )式中式中 IDO 為為 uGS = 2UT 時的值。時的值。2TGSQDODQ)1( UUIIDD

46、QDDDSQRIVU 則靜態漏極電流為則靜態漏極電流為 ( (二二) ) 圖解法圖解法用圖解法分析共源極放大電路的用圖解法分析共源極放大電路的 Q 點點VDDDDDRVIDQUDSQQ利用式利用式 uDS = VDD iDRD 畫出直流負載線。畫出直流負載線。圖中圖中 IDQ、UDSQ 即為靜態值。即為靜態值。二、動態分析二、動態分析),(DSGSDuufi iD 的全微分為的全微分為DSDSDGSGSDDdddGSDSuuiuuiiUU 上式中定義：上式中定義：DSGSDmUuig GSDSDSD1Uuir 場效應管的跨導場效應管的跨導( (毫毫西門子西門子 mS) )。 場效應管漏源之間等

47、效電阻。場效應管漏源之間等效電阻。1. 微變等效電路微變等效電路二、動態分析二、動態分析如果輸入正弦信號，則可用相量代替上式中的變量。如果輸入正弦信號，則可用相量代替上式中的變量。成為：成為：dSDSgsmd1UrUgI 根據上式做等效電路如圖所示。根據上式做等效電路如圖所示。場效應管的微變等效電路場效應管的微變等效電路+gsUgsmUgdsUdIDSrGDS由于沒有柵極電流，所以柵源是懸空的。由于沒有柵極電流，所以柵源是懸空的。是一個受控源。是一個受控源。 gsmUg微變參數微變參數 gm 和和 rDS ( (1) ) 根據定義通過在特性曲線上作圖方法中求得。根據定義通過在特性曲線上作圖方法

48、中求得。( (2) ) 用求導的方法計算用求導的方法計算 gmDDOTTGSTDOGSDm2)1(2ddiIUUuUIuig 在在 Q 點附近，可用點附近，可用 IDQ 表示上式中表示上式中 iD，則則DQDOTm2IIUg 一般一般 gm 約為約為 0.1 至至 20 mS。 rDS 為幾百千歐的數量級。為幾百千歐的數量級。當當 RD 比比 rDS 小得多時，可認為等效電路的小得多時，可認為等效電路的 rDS 開路。開路。2. 共源極放大電路的動態性能共源極放大電路的動態性能VDD+uO iDVT+ uIVGGRGSDGRD共源極放大電路的微變等效電路共源極放大電路的微變等效電路將將 rDS

49、 開路開路gsiUU 而而DgsmDdoRUgRIU 所以所以DmioRgUUAu 輸出電阻輸出電阻Ro = RDMOS 管輸入電阻高達管輸入電阻高達 109 。 D+ gsUgsmUgoUdIDRGSRG+ iU分壓分壓自偏壓式共源放大電路自偏壓式共源放大電路一、靜態分析一、靜態分析( (一一) )近似估算法近似估算法根據輸入回路列方程根據輸入回路列方程分壓分壓 - 自偏式共源放大電路自偏式共源放大電路+ VT+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+iUoU 2TGSQDODQSDQDD211GSQ)1(UUIIRIVRRRU解聯立方程求出解聯立方程求出 UGSQ 和和 IDQ

50、。+ VT+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+iUoU分壓分壓 - 自偏式共源放大電路自偏式共源放大電路列輸出回路方程求列輸出回路方程求 UDSQUDSQ = VDD IDQ(RD + RS)( (二二) )圖解法圖解法由式由式可做出一條直線，另外，可做出一條直線，另外，iD 與與 uGS 之間滿足轉移特性曲之間滿足轉移特性曲線的規律，二者之間交點為靜態工作點。確定線的規律，二者之間交點為靜態工作點。確定 UGSQ， IDQ 。SDDD211SDGQGSRiVRRRRiUu SDDDRRV 根據漏極回路方程根據漏極回路方程在漏極特性曲線上做直流負載線，在漏極特性曲線上做直流負

51、載線， 與與 uGS = UGSQ 的的交點確定交點確定 Q，由，由 Q 確定確定 UDSQ 和和 IDQ值。值。UDSQuDS = VDD iD(RD + RS)3 uDS/ViD/mA012152 V105uGS4.5V4V3.5V UGSQ3 VVDDQIDQuGS/ViD/mAO24612QIDQUGSQSGQRUUGQ用圖解法分析圖用圖解法分析圖 2.7.7 電路的電路的 Q 點點二、動態分析二、動態分析微變等效電路入右圖所示。微變等效電路入右圖所示。電路的微變等效電路電路的微變等效電路D+gsUgSmUgoUDRGSdIiULR+GR1R2R由圖可知由圖可知DgsmDdoRUgRI

52、U LDD/ RRR 電壓放大倍數電壓放大倍數DmioRgUUAu 輸入、輸出電阻分別為輸入、輸出電阻分別為Do21Gi )/(RRRRRR 2.7.4共漏極放大電路共漏極放大電路源極輸出器或源極跟隨器源極輸出器或源極跟隨器源極輸出器源極輸出器典型電路如右圖所典型電路如右圖所示。示。+VT+SDGR2VDD+RLRSR1C1C2+iUOU RG靜態分析如下：靜態分析如下：分析方法與分析方法與“分壓分壓-自偏壓式共源電路自偏壓式共源電路”類類似，可采用估算法和圖似，可采用估算法和圖解法。解法。動態分析動態分析1. 電壓放大倍數電壓放大倍數圖圖 2.7.11微變等效電路微變等效電路D+ gSUgs

53、mUgoUSRGSiULR+GR1R2RLsssgsmoRRRRUgU/ gssmogsiURgUUU)1( 而而所以所以SmSmio1RgRgUUAu . 11 1Sm uuARgA時時，當當可可見見，2. 輸入電阻輸入電阻Ri = RG + ( R1 / R2 )3. 輸出電阻輸出電阻圖圖 2.7.11微變等效電路微變等效電路oUD+ gSUgsmUgSRGS0i UGR1R2ROI在電路中，外加在電路中，外加 ，令，令 ，并使，并使 RL 開路開路OU0i UgsmSooUgRUI 因輸入端短路，故因輸入端短路，故ogsUU 則則omSomSoo)1(UgRUgRUI 所以所以SmSmo

54、oo/111RgRgIUR 實際工作中經常實際工作中經常使用的是共源、使用的是共源、共漏組態。共漏組態。2.8多級放大電路多級放大電路2.8.1多級放大電路的耦合方式多級放大電路的耦合方式三種耦合方式三種耦合方式阻容耦合阻容耦合直接耦合直接耦合變壓器耦合變壓器耦合一、阻容耦合一、阻容耦合圖圖 2.8.1阻容耦合放大電路阻容耦合放大電路C1RC1Rb1+VCCC2RL+VT1+ iUoU+Rc2Rb2C3VT2+第第 一一 級級第第 二二 級級優點：優點：(1) (1) 前、后級直流電路互不相通，靜態工作點相互獨立；前、后級直流電路互不相通，靜態工作點相互獨立；(2) (2) 選擇足夠大電容，可

55、以做到前一級輸出信號幾乎不衰選擇足夠大電容，可以做到前一級輸出信號幾乎不衰 減地加到后一級輸入端，使信號得到充分利用。減地加到后一級輸入端，使信號得到充分利用。不足：不足： (1) (1) 不適合傳送緩慢變化的信號；不適合傳送緩慢變化的信號；(2) (2) 無法實現線性集成電路。無法實現線性集成電路。二、直接耦合二、直接耦合Rc1Rb1+VCC+VT1+ iUOURc2Rb2VT2圖圖 2.8.2兩個單管放大電路簡單的直接耦合兩個單管放大電路簡單的直接耦合特點：特點：( (1) ) 可以放大交流和可以放大交流和緩慢變化及直流信號；緩慢變化及直流信號；( (2) ) 便于集成化。便于集成化。(

56、(3) )各級靜態工作點互相影各級靜態工作點互相影響；基極和集電極電位會隨著響；基極和集電極電位會隨著級數增加而上升；級數增加而上升；( (4) )零點漂移。零點漂移。1. 解決合適靜態工作點的幾種辦法解決合適靜態工作點的幾種辦法改進電路改進電路( (a) )電路中接入電路中接入 Re2，保證第一級集電極有保證第一級集電極有較高的靜態電位，但較高的靜態電位，但第二級放大倍數嚴重第二級放大倍數嚴重下降。下降。 改進電路改進電路( (b) )穩壓管動態電阻穩壓管動態電阻很小，可以使第二級很小，可以使第二級的放大倍數損失小。的放大倍數損失小。但集電極電壓變化范但集電極電壓變化范圍減小。圍減小。VDZ

57、Rc1Rb1+VCC+VT1+ iUOURc2RVT2( (b) )Rc1Rb1+VCC+VT1+ iUOURc2Re2VT2( (a) )改進電路改進電路( (c) )+VCCRc1Rb1+VT1+ iUOURc2Rb2VT2VDz改進電路改進電路( (d) ) 可降低第二級的可降低第二級的集電極電位，又不損集電極電位，又不損失放大倍數。但穩壓失放大倍數。但穩壓管噪聲較大。管噪聲較大。可獲得合適的工可獲得合適的工作點。為經常采用的作點。為經常采用的方式。方式。( (c) )Rc1Rb1+VCC+VT1+ iUOURe2Rc2VT2 ( (d) )圖圖 2.8.3直接耦合方式實例直接耦合方式實

58、例【例例】圖示兩級直接耦合放大電路中，已知：圖示兩級直接耦合放大電路中，已知：Rb1 = 240 k ，Rc1 = 3.9 k ，Rc2 = 500 ，穩壓管，穩壓管 VDz 的工作的工作電壓電壓 UZ = 4 V，三極管，三極管 VT1 的的 1 = 45，VT2 的的 2 = 40，VCC = 24 V，試計算各級靜態工作點。試計算各級靜態工作點。圖圖 2.8.4例題的電路例題的電路Rc1Rb1+VCC+VT1+ Rc2VT2VDzuIuOiB1iC1iRc1iB2iC2解：設解：設 UBEQ1 = UBEQ2 = 0.7 V，則則UCQ1 = UBEQ2 + Uz = 4.7 VmA 4

59、.95mA )9 . 37 . 424(c1CQ1CCc1 RUVIRmA1 . 0mA)2407 . 024(b1BEQ1CCBQ1 RUVI如如 ICQ1 由于溫度的由于溫度的升高而增加升高而增加 1%，計算靜態輸出電壓，計算靜態輸出電壓 的變化。的變化。ICQ1 = 1 IBQ1 = 4.5 mAIBQ2 = IRc1 ICQ1 = (4.95 4.5 ) mA = 0.45 mAICQ2 = 2 IBQ2 = (40 0.45 ) mA = 18 mAUO= UCQ2 = VCC ICQ2RC2= (24 18 0.5 ) V = 15 V UCEQ2 = UCQ2 UEQ2 = ( 15 4 ) V = 11 V當當 ICQ1 增加增加 1% 時，即時，即ICQ1 = (4.5 1.01) mA = 4.545 mAIBQ2 = (4.95 4.545) mA = 0.405 mAICQ2 = (40 0.405) mA = 16.2 mAUO = UCQ2